2024优秀案例丨基于 AI 智能算法的无人机城市综合治理

党的十九大以来，以习近平总书记为核心的党中央高度重视数字化发展，明确提出数字中国战略，高度重视新型智慧城市建设,加快数字中国建设，要适应我国发展新的历史方位，全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。

近年来，网格巡查工作是城市管理和社会治理的重要组成部分，主要是为了保障城市的安全和秩序，提高城市的管理水平，在我国已经得到广泛的应用。翠亨新区位于中山市临海的东部地区，由马鞍岛、南朗街道两部分组成，总规划面积约226平方公里，采用传统人工巡查方法会存在工作量大、劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等问题，而且人工检测的数据不够全面、准确。相比传统人工巡查方式，无人机只用二三十分钟便可完成人工1天的巡查量，巡查效率提升十分显著。而且无人机在山区、湖泊等地区的巡检线路上更有优势，这些地区地形复杂，人工巡查方式在行进道路上费时多、效率低，而无人机巡查正好弥补了人工巡检的不足。同时无人机利用自身独特的空中检测角度优势，从不同角度拍摄图像，使巡查数据资料更加完整。目前传统人工已经无法满足对违建、河流、脏乱差、森林防火、工程进度、工业污水偷排等工作的必要需求。因此，在新区运用智能巡查的无人机技术，实现违法建筑、违法用地、工程进度、道路堵塞、脏乱差现象、河道环境巡查等进行综合巡查，已经成为越来越迫切的需求。

本项目建设内容包括基础硬件配置、软件系统开发和专业的运营团队服务，其中基础硬件配置包括布设了9套智能无人机机场，实现了对中山市翠亨新区领域的全覆盖；软件系统开发是定制开发了一套无人机低空遥感网云平台，实现对无人机机场和无人机的智能化远程控管，为城市综合巡查服务助力；无人机运营团队服务提供专业的无人机飞手和系统运维服务，全程保障城市治理作业顺利的开展。

通过无人机项目的建设，着力打造完善的事件分拨机制，建立社会治理联勤联动功能、体系，通过集成协同拓展社会治理工作和服务的覆盖范围，建立跨部门业务流转协同机制，形成分工明确、齐抓共管格局。

1、项目架构

图1 总体架构图

为了便于对无人机设备进行综合管控，集成硬件、软件于一体的管理模式，打造无人机低空遥感网云平台。平台建设将以国家各类技术规范和业务要求为依据，采用业界成熟的解决方案，采用B/S架构模式，建立软件系统，层级之间功能解耦，增加了系统的可拓展性，提供良好的操作体验。

本项目创新实践“低空遥感网云平台+自动巡查服务”的新模式,整体内容包含无人机机场、无人机以及搭载的设备，平台基于基础时空数据、禁飞区数据等影像数据，对覆盖领域进行综合巡飞管理作业。同时，无人机巡查发现的事件可通过平台之间的数据共享机制进行共享，实现与事件中心管理系统、统一应急平台、视频云平台、人工智能平台的数据对接，并提供视频流数据进行差异识别等服务和视频分析功能。平台基本功能包括飞行任务管理、地图管理、事件管理等几大模块，可实现对无人机巡检任务的统一接收、执行及管理，以及 AI 发现事件后的分析和处理。支持本地PC端、大屏幕展示等多种接入展示方式，为系统各项服务与应用功能提供用户操作展示界面和多种接入方式。

2、场景建设

2.1应急救援巡查

无人机搭载高清变焦摄像头、红外热成像仪对山区、林地等森林防火关注区域进行大范围机动式航飞巡查过程中，实时获取目标区域的高清图像和地表温度分布信息，结合基于图像视觉的烟火识别算法与基于红外热成像的火点识别算法，对地面火情线索进行自动识别，快速发现潜在火灾风险。该算法适用于森林防火巡视、火灾高发季节保障等情况，相较于传统人工地面巡查极大提高了巡查效率，保障生命财产和森林资源安全。

图2 森林火情识别界面图

2.2河道河涌巡查

基于无人机获取的海岸、河道等区域的图像数据，通过水面漂浮物算法自动识别分析水体表面污染情况。一旦发现存在漂浮垃圾、浮游植物等现象，无人机会发出警告并拍摄留存，并进行定位。算法适用于海岸巡查、水环境巡检等场景，可以帮助相关部门进行精准快速定位，强化监督发现机制，守护水环境生态发展，为河湖海长效管理工作的精细化、智能化提供有力支撑。

图3 漂浮物识别界面图

2.3重点项目巡查

使用工地安全智能监测算法实时施工人员位置，并分析施工人员是否规范穿戴个人防护装备。一旦发现不规范穿戴行为，无人机会发出警告并拍照留存，并获取时间、定位等信息，方便与录像信息比对。算法适用于工地巡查场景，帮助相关部门及时处理安全生产过程中的个人行为，有效提升作业现场对违规行为的监管效率，坚决筑牢安全生产防线。

图4 工地安全识别界面图

2.4交通管理巡查

基于车辆违停识别算法，无人机在巡检过程中可以自动识别路边违停车辆，并获取车辆外观、位置、状态、车牌号等信息。一旦发现车辆违停行为，无人机会立即发出警告，并拍摄取证。算法适用于交通巡查场景，可以帮助相关部门加强和规范交通秩序，有效治理交通违法行为，全力提升城市文明形象。

图5 路边违停识别界面图

通过无人机搭载的高清变焦摄像头对目标水域开展巡查工作并进行图像数据采集，使用船舶识别算法，对河道、海岸中是否有船只存在进行判识，并标注船舶位置，以用于发现船舶通航隐患、非法占用客运航线等情况，同时对船舶进行拍照取证。发挥船舶远程识别与跟踪系统、卫星船舶自动识别系统、北斗导航系统、险情信息统计分析系统、突发事件信息报送系统在海上搜救行动中的辅助决策作用。

图6 船舶识别界面图

1、无人机智能识别技术

无人机航拍结合智能分析技术进行城市智能管理的关键技术包括:无人机航拍技术AI 视觉识别技术、物联网技术、GIS技术、大数据技术、云计算技术等。其中，无人机航拍技术是实现城市智能管理的基础，通过无人机航拍，可以对城市进行全方位、立体式、无缝隙巡查和定点监控，进一步提高城市管理立体化执法查处效能，搭建起为市民服务的空中桥梁。AI视觉识别技术可以实时掌握现场信息，使信息获取更加的及时、准确。物联网技术可以实现设备之间的互联互通，GIS技术可以实现地理信息的可视化展示，大数据技术可以实现数据的快速处理和分析，云计算技术可以实现数据的存储和共享。

2、基于空间地理坐标的GIS“一张图”业务融合

基于高性能地理信息场景可视化引擎，以统一的空间坐标系为基准，将多种业务数据相匹配，实现多种业务数据的融合显示与协同应用。

多源数据融合技术支持多种坐标系之间的互转，并可以将无人机航测数据、卫星图像、矢量图像等多源数据统一到一个坐标系，实现与底图的精确匹配，满足多种业务场景的融合显示与分析应用的需求。在地理信息系统中，将各个不同的业务数据以图层形式储存，实现多图层可视化叠加,可实现无人机遥测传感信息、航线任务信息、巡检成果信息等多源异构数据同屏显示，在一张图中实现所有业务的可视化与业务操作，大大提高了数据使用的便捷性以及业务多元性。

3、二三维融合可视化技术

系统支持卫星图、倾斜摄影等多种类型的二三维数据作为底图，并支持地图2D/3D的切换，全方位多角度地展示新区的建设现状及地貌特征。支持对无人机所采集的数据在地图上进行集中可视化展示，还能将分析结果显示在原始数据上，实现了业务数据与地图融合可视化，可以直观地展示异常事件的位置和实时状态，如在照片上显示识别出的异常物体、在热红外图像上显示温度异常点、在地图上显示异常事件的地点。

4、模板化的巡检任务管理体系

针对多设备集群式管理类场景，无人机低空遥感网云平台创新性地构建了模板化的巡检任务管理体系，将基础的任务参数化配置、任务规划等功能与自动化策略配置、具体设备指定等功能解耦合，使任务规划与设备调度能够互相分离并单独进行配置，同时更新的配置参数又能够联动同步，极大提高了多设备协同作业管理的便捷度，降低使用门槛。

5、多源异构数据资源动态管理技术

数据库具有完善的权限管理机制,可以根据业务需求,对数据进行分类别、分层级.分区块的管理，针对业务部门划分、管理层级划分等不同场景制定针对性的权限管理方案。对于数据调取、录入、删改等操作，均会经过权限管理模块鉴权后再执行操作。同时，系统具备完善的日志系统以及快照备份机制，提高数据库的操作可追溯性以及容灾性，确保系统长期稳定运行。

6、数据库主从备份容灾技术

数据库采用主从分离的集群架构设计，数据写入及删改请求经过统一的数据库负载均衡模块处理后对主数据库进行操作，从数据库负责处理读取请求，并通过同步机制实现数据同步。主从复制可以水平扩展数据库的负载能力，提高容错性能，增强可用性并且实现数据备份容灾。

7、分布式数据信息智能调度技术

在巡检终端设备处，每个无人机场都配备有独立的边缘数据处理与存储模块，确保巡检作业过程中所有成果数据全量留存，避免由于通信不畅造成的数据丢失。终端设备将全程与无人机低空遥感网云平台保持通信，在向无人机低空遥感网云平台推送遥测、图传等实时监控数据的同时，自动将图片、视频等原始成果数据进行初步整理，上传至云端数据库，确保数据完整同步后才可将边缘存储模块中的数据覆盖，确保成果数据不丢失。

1、经济效益

1.1提高效率，降低成本

无人机自动巡查相较于传统的人工巡查方式，具有明显的优势。首先，传统的人工巡查工作需要根据不同的任务类型、任务地点等安排合适的巡查人员，通过进行长时间的巡查工作才能给出巡查结果和报告。而无人机自动巡查则能够在没有人员操控的情况下，短时间内自动完成巡查任务，大大地减少了人力资源的投入。

通过相应数据工程的实施，对于各级来源的数据进行有效整合，并根据项目要求进行持续动态更新和实时补充，进一步推进经济运行数据的集约化管理和规模化应用，通过对新区已有无人机资源的共享和整合，在全区建设无人机机场，从而提高无人机利用率，平台集成又避免了小规模分散投资和低水平重复建设，做到一方建设、多方受益次建设、长期使用，发挥规模效益，节约大量的人力、物力、财力。

1.2加强预警监测能力，降低风险和损失

在高空巡查方面，无人机具有视野广、响应快的特点，可以实现在空中实时监测和记录目标区域的情况。在山区巡查方面，无人机可以实现在重点防火节点、重点防火区域、重点林区、森林公园和旅游景区等防火关键地段上空实施日常化巡防巡控，一旦发现画面中出现异常情况，无人机便可实时抵近查看、识别。同时，还可通过挂载喊话器，对巡护路线上的村庄、道路、墓地等易发生野外用火行为的地区进行移动的森林防火知识宣传，以科技赋能森林防灭火工作。在海洋巡查方面,无人机可以飞行到靠近岸边的海域上空,对海洋船舶、海洋生态海洋资源等进行巡查和监测。

2、社会效益

2.1加强政府决策管理能力

通过全面的、全景的、多维融合的、可视化信息服务建设，支撑了新区有关部门了解市政设施状态、日常养护情况、应急指挥实时动态信息,更好的支持日常办公、决策和处理突发事件，为领导科学决策、依法决策提供预警、预测分析等技术支撑，从而更好地履行政府宏观调控、市政管理、行政监管和公众服务的智能。

2.2推进信息共享，促进业务协同

通过整体建设推动跨单位、跨部门、跨领域的数据共享服务，全面、及时、准确掌握管理对象的情况，实现与一网通管、智慧环保等应用之间互联互通、数据资源共享、精细化管理，提高政府公共服务能力，使得多项民生工作真正做到惠及人人，增强公众对政府的信任度，整体提升政府在社会公众心目中的形象。

3、管理效益

3.1提高网格巡查工作效率

通过无人机低空遥感网云平台对无人机进行统一管理、控制，可以实时收集图像、视频和其他数据。这些数据可以通过数据专线实时传送到指挥中心或操作员的设备上，实现实时监控和数据分析，并通过安全数据共享机制，做到一次采集、多部门利用，有效降低综合网格巡查业务压力。

相对于人工的巡检，无人机自动巡查服务借助自动机场实现无人机的全天候待命，能对突发事件进行快速响应。当出现突发事件时，无人机可快速启动，5分钟内飞抵现场，并通过搭载的摄像机、热成像镜头等设备，在空中进行搜索和侦查，快速找到被困人员或发现事故点，提高救援效率，同时也给应急指挥部门提供决策依据，以便更好地开展应急指挥调度及救援处置工作。

3.2提升城市精细化管理水平

通过无人机巡查，基于地理信息、物联网、云计算、大数据、互联网技术,打造智能化、图形化、交互式的巡查管理、运行监控与应急调度，有力地保障了新区的稳定运作，构建了和谐健康发展的城市环境，实现了传统城市管理模式的转变，大大提高城市管理效率。